Recycling von Photovoltaikmodulen: Anlagen und Logistik | Stokkermill

Die Planung einer Anlage für das Recycling von Photovoltaikmodulen kann sich nicht allein auf die Nennkapazität der Linie stützen. Kg/h, Module pro Stunde, Automatisierungsgrad und Qualität der zurückgewonnenen Materialien sind grundlegende Parameter, beschreiben aber nur einen Teil des Projekts.

Ein Photovoltaikmodul ist nämlich ein mehrschichtiger Verbundwerkstoff: Glas, EVA, Siliziumzellen, Zellverbinder und Busbars aus verzinntem Kupfer, Rückseitenfolie und in den meisten Fällen ein Aluminiumrahmen und eine Anschlussdose.

Diese Materialien sind nicht einfach nebeneinander montiert. Die inneren Schichten sind miteinander laminiert und müssen daher in einem Prozess aufgeschlossen, klassiert und getrennt werden, der zum Modultyp und zum geforderten Ergebnis passt.

Deshalb lautet die richtige Frage nicht nur: Wie viele Module pro Stunde kann die Anlage verarbeiten? Die Planung des Photovoltaikmodul-Recyclings sollte die gesamte Wertschöpfungskette berücksichtigen.

1. Wie wählt man eine Anlage für das Recycling von Photovoltaikmodulen?

Es gibt keine Konfiguration, die für jedes Projekt gleichermaßen geeignet ist. Bevor die Technologie festgelegt wird, muss man mindestens Folgendes kennen:

• verfügbare Materialmenge;
• Modultypen;
• physischer Zustand der Module;
• Häufigkeit der Anlieferungen;
• geplante Betriebsstunden;
• geforderter Automatisierungsgrad;
• gewünschte Qualität der zurückgewonnenen Fraktionen;
• mögliche Verwendungen der Output-Materialien.

Ein Betreiber, der relativ kleine Mengen an Standardmodulen verarbeitet, hat andere Anforderungen als ein großes Industriezentrum, das kontinuierliche Ströme, beschädigte Module, bifaziale Module, Glas-Glas-Module oder nicht standardisierte Materialien verarbeiten muss.

Deshalb stützt Stokkermill Solar die Technologiewahl nicht allein auf den Nenndurchsatz. Input, Menge und geforderter Output müssen gemeinsam bewertet werden.

2. Wie berechnet man die Kapazität einer Anlage für das Recycling von Photovoltaikmodulen?

Die Kapazität einer Anlage kann in kg/h oder Modulen pro Stunde angegeben werden. Dieser Wert muss jedoch immer im Verhältnis zu den realen Betriebsbedingungen interpretiert werden. Zu bewerten sind unter anderem:

• im Jahr verfügbare Tonnen;
• Betriebstage und -stunden;
• Kontinuität der Anlieferungen;
• Lagerkapazität;
• Eigenschaften der Module;
• mögliche Materialspitzen;
• mögliches künftiges Mengenwachstum.

Eine Anlage mit hoher Kapazität kann unterausgelastet sein, wenn die verfügbare Materialmenge keine ausreichend kontinuierliche Beschickung erlaubt. Umgekehrt kann eine für kleine Mengen ausgelegte Anlage zum Engpass werden, wenn der Betreiber große Rückbau-, Revamping- oder Repowering-Kampagnen bewältigen muss.

Die richtige Kapazität ist daher nicht unbedingt die höchste. Es ist diejenige, die zum tatsächlich verfügbaren Material und zum Betriebsmodell der Anlage passt.

3. Welche Technologien gibt es für das Recycling von Photovoltaikmodulen?

Beim Recycling von Photovoltaikmodulen kommen unterschiedliche technologische Ansätze zum Einsatz. Stokkermill Solar arbeitet hauptsächlich mit zwei Prozesslogiken:

• thermomechanische Delaminierung, geeignet für bestimmte Modultypen und kleinere Mengen;
• Zerkleinerung, Aufschluss und Trennung mit hohem Durchsatz, ausgelegt für automatische Industriekonfigurationen und größere, variablere Ströme.

Das sind nicht unbedingt zwei gegensätzliche Philosophien. In ausgereiften Anlagen können sich die verschiedenen Technologien je nach Material und kommerziellen Zielen auch ergänzen.

Die Wahl muss von den realen Bedingungen des Projekts ausgehen, nicht von der isoliert betrachteten Technologie.

4. Delaminierung oder Zerkleinerung: welcher Prozess ist der richtige?

Die Delaminierung ist vor allem dann eine gezielte Lösung, wenn der Materialstrom ausreichend kontrollierte Eigenschaften aufweist. In den dafür vorgesehenen Stokkermill-Plattformen wird das Modul durch Entfernen von Rahmen und Anschlussdose vorbereitet und anschließend delaminiert. Diese Konfigurationen eignen sich besonders für kleinere Mengen und monofaziale Standardmodule.

Steigen dagegen Kapazität, Variabilität und Komplexität des Inputs, ermöglicht eine automatische Plattform auf Basis von Zerkleinerung, Aufschluss und Trennung die Verarbeitung eines breiteren Modulspektrums.

Die Frage sollte daher nicht lauten: Delaminierung oder Zerkleinerung? Sondern: Welcher Prozess passt zu Material, Menge und gefordertem Output?

5. Welche Rolle spielt die Logistik beim Recycling von Photovoltaikmodulen?

Auch die Logistik muss bei der Planung berücksichtigt werden. Die Module müssen gesammelt, bewegt, gelagert und der Anlage zugeführt werden. Die logistischen Bedingungen ändern sich je nach Mengen, Einzugsgebiet und Häufigkeit, mit der das Material in der Anlage ankommt.

Es gibt daher keine Entfernung und keine Logistikkonfiguration, die für alle Projekte gilt. Die Bewertung muss Folgendes gemeinsam betrachten: verfügbare Mengen + Kontinuität + Lagerung + Anlagenkapazität + Verwendung der Outputs.

Die industrielle Auslegung endet nicht mit der Maschinenauswahl: Sie muss damit vereinbar sein, wie das Material tatsächlich in die Anlage gelangt und wie die zurückgewonnenen Fraktionen anschließend gehandhabt werden.

6. Was ist eine Dual-Use-Anlage für das Recycling von Photovoltaikmodulen?

Die Verfügbarkeit von Photovoltaik-Altmodulen kann im Laufe des Jahres schwanken. Deshalb kann es in den flexibelsten Industriekonfigurationen sinnvoll sein, die Abhängigkeit von einem einzigen Materialstrom zu verringern.

Das Sistema Integrale Solar Automatic kann auch für die Verarbeitung anderer kompatibler Ströme als Photovoltaikmodule konfiguriert werden, darunter Elektroschrott (WEEE) der Kategorie 4 sowie bestimmte Arten von Aluminium- und Leichtmetallschrott.

Das Dual-Use-Konzept bedeutet nicht, beliebiges Material in dieselbe Anlage einzubringen. Es bedeutet, eine technologische Plattform zu planen, die – wenn die Materialeigenschaften es zulassen – auf einer gemeinsamen Anlagenbasis für mehrere Anwendungen genutzt werden kann. Das kann dazu beitragen:

• die Bezugsquellen zu diversifizieren;
• die Auslastung der installierten Anlagen zu erhöhen;
• die Abhängigkeit von einem einzigen Strom zu verringern;
• den Prozess an die künftige Marktentwicklung anzupassen.

Die Kompatibilität muss jedoch für jedes Material technisch geprüft werden.

7. Welche Materialien werden beim Recycling von Photovoltaikmodulen zurückgewonnen?

Ein Photovoltaikmodul enthält Fraktionen, die sich in Masse, Eigenschaften und Wert stark unterscheiden. Ziel des Recyclingprozesses ist es, sie entsprechend ihrer möglichen industriellen Verwendung zu trennen. Wie man ihre Qualität bewertet, haben wir im Artikel über die beim Recycling von Photovoltaikmodulen zurückgewonnenen Materialien vertieft.

Aluminium

Aluminium ist eine der wichtigsten verwertbaren Fraktionen des Moduls. In den Solar-Automatic-Konfigurationen kann der Prozess ofenfertigen Aluminium-Proler mit End-of-Waste-Status erzeugen, der direkt in die nachgelagerte metallurgische Kette gehen kann.

In den Konfigurationen Entry Level und Solar Delamination wird das Aluminium dagegen hauptsächlich als Profil zurückgewonnen und kann vor der Verwertung weitere Bearbeitung erfordern. Der Unterschied ist wichtig: Nicht alle Anlagen erzeugen denselben Aluminium-Output.

Glas

Glas macht im Durchschnitt rund 70 % der Masse eines Standard-Photovoltaikmoduls aus. Nach der Behandlung kann es in verschiedene Kornklassen getrennt werden, zum Beispiel Grobglas und Mittel-/Feinglas.

Die zu erreichende Qualität muss jedoch an den Zielmarkt gekoppelt sein. Eine höhere Reinheit erfordert zusätzliche Bearbeitung, Energie und Ausrüstung. Das technisch maximale Qualitätsniveau ist nicht immer das wirtschaftlich sinnvollste.

Die Frage lautet also nicht nur: Wie sauber können wir das Glas machen? Sondern: Welche Qualität verlangt die vorgesehene Verwendung?

Kupfer

Kupfer kann aus der Anschlussdose, den externen Kabeln und den Zellverbindern im Laminat stammen. Die externen Fraktionen können über die üblichen NE-Metall-Verwertungsketten zurückgewonnen werden.

Das im Laminat eingebettete Kupfer ist dagegen ein anderer Fall: Zellverbinder und Busbars sind extrem dünn und in die Struktur EVA-Zelle-Rückseitenfolie integriert. Ihre Verwertung erfordert daher zunächst einen korrekten Aufschluss des Materials.

Konzentrierte siliziumhaltige Fraktion

Einer der Punkte, die am meisten Klarheit erfordern, betrifft das sogenannte „Siliziumpulver“. Das bei der Behandlung zurückgewonnene Material ist kein reines Silizium und darf nicht mit Solarsilizium verwechselt werden, das für die Produktion neuer Zellen bereit ist.

Es handelt sich um eine konzentrierte Fraktion, die Silizium zusammen mit Restglas und Spuren anderer Elemente und Metalle enthält. Ihr Wert kann auch mit dem Vorhandensein von Metallen wie Silber zusammenhängen, dessen Konzentration je nach Technologie, Hersteller und Baujahr der Module variiert.

Die korrekte Charakterisierung des Materials ist daher wichtiger als ein einfaches Handelsetikett.

EVA und Rückseitenfolie

Die Polymerfraktion wird in den Phasen Delaminierung, Aufschluss und Raffination abgetrennt. Ihre Eigenschaften hängen vom Modultyp und von der Prozesskonfiguration ab. Auch hier muss die Verwendung anhand der tatsächlichen Zusammensetzung der erhaltenen Fraktion bewertet werden.

8. Sind Rückgewinnung und Reinheit dasselbe?

Nein. Ein hoher Anteil an zurückgewonnenem Material beschreibt allein noch nicht die Qualität des Prozesses. Gleichzeitig zu analysieren sind:

• zurückgewonnene Menge;
• Reinheit;
• Restverunreinigung;
• Korngröße;
• Gleichmäßigkeit des Outputs;
• Verluste in den anderen Fraktionen;
• industrielle Verwendung.

Ein deutliches Beispiel ist das Glas. Technisch ist es möglich, die Raffination weiter zu treiben, aber jede zusätzliche Stufe verursacht Betriebskosten. Wenn der Markt diese höhere Qualität nicht vergütet, lohnt es sich möglicherweise nicht, sie zu erzeugen.

Die richtige Qualität ist nicht unbedingt die technisch maximal erreichbare. Es ist die Qualität, die die nachfolgende Verwendung verlangt.

9. Wie funktioniert eine Anlage von Stokkermill Solar?

Stokkermill Solar gliedert sein Angebot in verschiedene Anlagenarchitekturen, die für unterschiedliche Mengen und Anwendungen entwickelt wurden.

PV Entry Level Recycling Line

Eine halbautomatische Konfiguration für Betreiber mit kleineren Mengen. Die Richtkapazität liegt zwischen 500 und 1.000 kg/h, mit einem Durchsatz von weniger als etwa 50 Modulen pro Stunde, je nach Material.

Der Prozess umfasst die Vorbereitung des Moduls, die Rückgewinnung des Aluminiumrahmens, die Entfernung der Anschlussdose und die Delaminierung.

Solar Delamination Line

Sie ergänzt die Delaminierung um einen nachfolgenden Raffinationsprozess. Sie ist hauptsächlich für monofaziale Standardmodule und für Betreiber mit relativ kleinen Mengen ausgelegt.

Auch hier liegt die Richtkapazität in der Größenordnung von 500–1.000 kg/h, mit einem Durchsatz von weniger als etwa 50 Modulen pro Stunde.

Sistema Integrale Solar Automatic

Dies ist die Industrieplattform von Stokkermill für große Mengen. Die Konfiguration beginnt bei etwa 2.000 kg/h und über 100 Modulen pro Stunde, mit der Möglichkeit, je nach Projekt höhere Kapazitäten zu entwickeln.

Das System ist für einen automatischen und kontinuierlichen Betrieb ausgelegt und kann eine große Vielfalt an Modulen verarbeiten:

• monofaziale Module;
• bifaziale Module;
• Glas-Glas-Module;
• intakte Module;
• beschädigte Module;
• Module mit oder ohne Rahmen;
• Sonderformate.

Der Prozess kann Zerkleinerung, Klassierung, Magnetscheidung, NE-Metall-Systeme, Raffination und spezielle physikalische Trennverfahren integrieren.

Die tatsächliche Leistung muss immer in Abhängigkeit vom Material und von der installierten Konfiguration bewertet werden.

10. Wie legt man eine PV-Recyclinganlage richtig aus?

Bevor eine Konfiguration festgelegt wird, ist es hilfreich, einige Fragen zu beantworten:

1. Wie viele Tonnen Module werden tatsächlich verfügbar sein?
2. Welche Modultypen müssen verarbeitet werden?
3. Kommen die Module intakt, beschädigt oder bereits teilweise vorbereitet an?
4. Wie kontinuierlich wird das Material angeliefert?
5. Wie viele Stunden pro Jahr muss die Anlage laufen?
6. Welche Fraktionen müssen zurückgewonnen werden?
7. Welches Qualitätsniveau verlangt der Zielmarkt?
8. Muss die Anlage künftig ihre Kapazität erhöhen können?
9. Gibt es weitere kompatible Materialien, die die Plattform verarbeiten könnte?

Diese Informationen ermöglichen den Schritt von einer einfachen Maschinenanfrage zur Planung eines industriellen Prozesses.

11. Recycling von Photovoltaikmodulen: den Prozess vom Material aus planen

Beim industriellen Recycling von Photovoltaikmodulen geht es nicht darum, jede einzelne Komponente perfekt zu trennen. Das Modul ist ein komplexes laminiertes Material. Die Planung muss daher Folgendes in Beziehung setzen: INPUT → MENGE → TECHNOLOGIE → AUFSCHLUSS → TRENNUNG → OUTPUT → VERWENDUNG.

Eine im Verhältnis zu den verfügbaren Mengen überdimensionierte Anlage läuft Gefahr, unterausgelastet zu sein. Eine für den Modultyp ungeeignete Technologie kann Engpässe verursachen. Eine extrem raffinierte Fraktion kann ihren wirtschaftlichen Sinn verlieren, wenn der Markt diese Qualität nicht verlangt. Und eine Fraktion, die einfach als „Silizium“ bezeichnet wird, kann falsche Erwartungen wecken, wenn sie nicht als das beschrieben wird, was sie wirklich ist.

Deshalb geht Stokkermill von der Analyse des Materials und den industriellen Zielen des Kunden aus. Es geht nicht darum, die größte Maschine oder den komplexesten Prozess zu wählen. Es geht darum, die richtige Konfiguration festzulegen, um einen realen Input in tatsächlich verwertbare Outputs zu verwandeln.

12. Häufig gestellte Fragen zum Recycling von Photovoltaikmodulen

Welche Kapazität hat eine Anlage für das Recycling von Photovoltaikmodulen?

Das hängt von der Plattform und vom Material ab. Die Stokkermill-Konfigurationen reichen von halbautomatischen Linien mit etwa 500–1.000 kg/h bis zu automatischen Industriesystemen ab etwa 2.000 kg/h, die für höhere Kapazitäten weiterentwickelt werden können.

Welche Technologie ist besser: Delaminierung oder Zerkleinerung?

Das hängt vom Projekt ab. Die Delaminierung eignet sich besonders für bestimmte Modultypen und kleinere Mengen. Zerkleinerungs- und Trennplattformen sind dagegen für hohe Kapazitäten und variablere Inputs ausgelegt.

Welche Materialien werden aus Photovoltaikmodulen zurückgewonnen?

Die wichtigsten Fraktionen sind Aluminium, Glas, Kupfer, EVA und eine konzentrierte Fraktion mit Silizium und anderen Elementen.

Kann das zurückgewonnene Silizium zur Herstellung neuer Module verwendet werden?

Die beim mechanischen Recycling gewonnene Fraktion ist kein Solarsilizium. Es handelt sich um ein Konzentrat aus Silizium, Restglas und Spuren anderer Materialien und Metalle, das weitere Raffinations- und Verwertungsprozesse erfordern kann.

Wie viel Glas enthält ein Photovoltaikmodul?

In einem Standard-Photovoltaikmodul macht Glas im Durchschnitt rund 70 % der Gesamtmasse aus, wobei die Zusammensetzung je nach Technologie und Bauweise des Moduls variiert.

Was ist eine Dual-Use-Anlage?

Eine Konfiguration, bei der einige Bereiche der Plattform – sofern technisch kompatibel – auch für andere Materialströme genutzt werden können. Beim Solar Automatic können Anwendungen für Elektroschrott der Kategorie 4 sowie bestimmte Arten von Leichtschrott und Aluminium geprüft werden.

Welche Informationen braucht man, um eine Anlage anzufragen?

Besonders hilfreich sind Modultypen, verfügbare Mengen, Zustand des Inputs, geplante Betriebsstunden, geforderte Kapazität und die Eigenschaften der gewünschten Fraktionen.